Классическая механика
Классическая механика — это модель физика из силы действуя на тела; включает подполя для описания поведения твердые вещества, газы, и жидкости. Ее часто называют «механикой Ньютона» после Исаак Ньютон и его законы движения. Он также включает классический подход, представленный Гамильтониан и Лагранж методы. Он имеет дело с движением частиц и общей системой частиц.
Есть много разделов классической механики, таких как: статика, динамика, кинематика, механика сплошной среды (который включает механика жидкости ), статистическая механика, так далее.
Механика: раздел физики, в котором мы изучаем объект и свойства объекта в форме движения под действием силы.
Экспериментальная и теоретическая физика
Теоретическая и экспериментальная физика гармонично сосуществуют вместе. Дело в том, что для постановки гипотезы требуется либо наблюдение, либо теоретическое обоснование. Каждая теория нуждается в проверке и подтверждении, поэтому на помощь в этом случае приходит эксперимент. В то же время любая экспериментально доказанная закономерность должна найти своё отражение в теоретическом знании. Чтобы доказать, что эксперимент был проведён правильно, нужно соблюдать общие научные принципы и законы, руководствоваться ресурсами научного знания. Отделение этих сфер – вопрос сложный, но он отпадает если рассматривать оба направления как этапы в изучении чего-либо. Например, если есть теория – её проверяют, если есть практика — её фиксируют в теории. На основе этих доводов и теория, и эксперимент составляют структуру физического знания.
Для проведения эксперимента требуется детальная и преждевременная подготовка условий. Благодаря этому способу наука позволяет открыть новые объекты, закономерности, явления или найти подтверждение ранее озвученных фактов и теорий. Считается, что доля экспериментального открытия новых знаний в физике превышает другие виды получения знаний – например, именно так был открыт фотографический эффект. Иногда известные закономерности и вовсе не описываются теоретически.
Примечание
Квантовая механика может служить примером той области знаний, в которой теория и практика вошли в противоречие. Теоретическая физика излучения отвергала учение о квантах, а гипотеза Планка вызывала критику. Тем не менее экспериментально доказанное значение этой области науки свидетельствуют об обратном.
Теоретическая физика, в свою очередь, помогает выявить общие закономерности, сформировать из существующих доказанных знаний законы, сделать прогноз на развитие (причём это касается как известных объектов и явлений, так и пока что неизведанных). Проверить теоретическое знание можно посредством эксперимента.
Прикладная физика
Физика с самого своего рождения имела огромное прикладное значение, она развивалась вместе с механизмами, машинами, которые человечество использовало для своих нужд. Физика часто применяется в инженерных науках, большинство физиков были изобретателями. Механика, как раздел физики, была тесно связана с сопротивлением материалов и с теоретической механикой, как с главными инженерными науками.
Термодинамика связана с конструированием тепловых двигателей и теплотехникой. Электричество напрямую связано с электроникой и электротехникой, для развития и становления которой были важны исследования в сфере физики твердого тела. Благодаря достижениям ядерной физики возникла ядерная энергия. Данный список можно продолжать долго.
Также физика имеет широкие междисциплинарные связи. На границе химии, физики и инженерных наук возникает и быстро развивается такая отрасль, как материаловедение. Химией используются инструменты и методы, что приводит к становлению двух исследовательских направлений: химической физики и физической химии.
Широких оборотов набирает биофизика, которая является областью исследований на границе между физикой и биологией, в которой все биологические процессы рассматриваются из атомарной структуры органических веществ. Геофизика изучает геологические явления и их физическую природу. Медицина применяет такие методы, как ультразвуковое исследование и рентгеновское облучение. Ядерный магнитный резонанс используется для диагностики, лазеры – для лечения глазных заболеваний, а ядерное облучение – в онкологии.
Терминология физики
Теперь, когда мы рассмотрели некоторые специальности, связанные с физикой, пришло время рассмотреть некоторые отдельные термины, которые вы, наверняка, уже слышали, но не знали их истинного значения!
Например, кварк — это элементарная частица. Однако, в этом случае ситуация с элементарной частицей оказывается довольно запутанной: (физические) кварки бывают 6 видов: нижние, верхние, странные, очарованные, прелестные и истинные. Забавные названия, не правда ли?
Кварки всегда представлены в конфигурациях из трёх: один верхний / два нижних; два верхних / один нижний и так далее.
Адрон — это два или более кварка, удерживаемые вместе благодаря сильному взаимодействию.
Каждый раз, когда вы слышите такие слова как адрон, бозон или фермион, помните, что эти имена означают классы субатомных частиц.
Вы когда-нибудь слышали об адронном коллайдере? Теперь вы знаете, каким образом появилось данное название!
Нейтрино — не самый “крутой” нейтрон в атоме; это субатомная частица без электрического заряда, которая обладает очень малой массой. Но вот путешествует он очень быстро, со скоростью близкой к скорости света!
Квант: это слово часто используется в физике, от описания отдельных областей исследования (квантовая хромодинамика) до описания целых разделов физики, таких как квантовая теория поля.
Квант представляет собой наименьшую возможную единицу, на которую можно разделить всё, что вы только можете себе представить: на квантовом уровне, например.
Изотоп – это возможная форма элемента. Два или более элемента могут иметь одинаковое количество протонов, но различаться по количеству нейтронов в ядре. Возможно, наиболее известным из таких элементов является Уран-235, который отличается от Урана-238 тем, что у него на 3 нейтрона меньше, хотя оба они являются элементом, идентифицированным как уран. (Уран-235 используется на атомных электростанциях и для изготовления ядерного оружия).
Мы склонны думать о волнах как о чём-то, что генерирует океан или что-то, что мы делаем руками, но физики связывают волны с любым колебанием, передающим энергию через материю или пространство. Волны могут быть либо вибрацией, либо колебанием физической среды или поля вокруг определённых мест. Два основных типа волн — это механические или электромагнитные.
Сможете ли вы угадать, какой тип волны испускает ваша микроволновая печь?
Теоретическая физика, астрофизика или физика плазмы: пока вы размышляете, в какой области физики вы могли бы развиваться профессионально, можете мотивировать себя тем, что когда-нибудь благодаря упорному труду вы сможете назвать жизненно важный элемент или частицу, которые будут известны будущим поколениям, в свою честь!
Слышали что-нибудь о Бозоне Хиггса? Думаем, что да! Чем не отличная иллюстрация нашего аргумента 
А пока, вдохновляться можно интересными фактами из мира этой науки.
6 класс
| № урока | Тема |
|---|---|
| 1 |
Что изучает физика? Физические явления. Сведения из истории развития физики. 12 минут 5секунд |
| 2 |
Значение физики в развитии общества. Развитие физики в Узбекистане 14 минут 21секунд |
| 3 |
Некоторые термины, пользуемые в физике. Наблюдения и опыты 14 минут 14секунд |
| 4 |
Физические величины и их измерение. Измерение и точность измерения 15 минут 8секунд |
| 5 |
Учение Демокрита, Ар-Рази, Беруни и Авиценны о строении вещества 14 минут 32секунд |
| 6 |
Молекулы и их размеры 13 минут 39секунд |
| 7 |
Движение и взаимодействие молекул. Броуновское движение 13 минут 58секунд |
| 8 |
Явление диффузии в различных средах 14 минут 23секунд |
| 9 |
Молекулярная строение твердых тел, жидкостей и газов. Изучение явления диффузии в жидкостях 11 минут 52секунд |
| 10 |
Масса тела. Единицы массы 13 минут 11секунд |
| 11 |
Лабораторная работа-1 18 минут 25секунд |
| 12 |
Плотность и единицы плотности твердого тела. Методы определения плотности по Беруни и Хазину 16 минут 40секунд |
| 13 |
Лабораторная работа-2 15 минут 21секунд |
| 14 |
Понятие о равномерном и неравномерном движении. Скорость и единица ее измерения 17 минут 5секунд |
| 15 |
Решение задач 17 минут 29секунд |
| 16 |
Решение задач. Часть 2 16 минут 20секунд |
| 17 |
Решение задач. Часть 3 19 минут 37секунд |
| 18 |
Сведения о взаимодействии тел. Сила 18 минут 12секунд |
| 19 |
Лабораторная работа N-3. Измерение силы при помощи динамометра 16 минут 39секунд |
| 20 |
Давление, единицы давления. 14 минут 36секунд |
| 21 |
Закон Паскаля и его применение 16 минут 54секунд |
| 22 |
Давление в жидкости и газе в состоянии покоя 14 минут 18секунд |
| 23 |
Решение задач 15 минут 15секунд |
| 24 |
Атмосферное давление. Опыт Торричелли 18 минут 49секунд |
| 25 |
Закон Архимеда и его использование 15 минут 11секунд |
| 26 |
Представление о работе и энергии. Мощность 13 минут 45секунд |
| 27 |
Центр тяжести тела и его определение. Виды равновесия. Момент силы. Рычаг, равновесие сил на рычаге 21 минут 41секунд |
| 28 |
Лабораторная работа № 4. «Изучение условий равновесия рычага» 19 минут 18секунд |
| 29 |
Простые механизмы. Применение блока, наклонной плоскости, винта, клина и ворота 19 минут 37секунд |
| 30 |
Равенство работы при использовании механизмов 17 минут 51секунд |
| 31 |
Золотое правило механики. Коэффициент полезного действия механизмов 10 минут 17секунд |
| 32 |
Источник тепла. Приемники тепла 19 минут 8секунд |
| 33 |
Расширение тел при нагревании 12 минут 39секунд |
| 34 |
Передача теплоты в твердых телах и жидкостях. Теплопроводность. Конвекция 15 минут 4секунд |
| 35 |
Излучение. Использование теплопередачи в быту и технике. Зашита от излучения 13 минут 41секунд |
| 36 |
Взгляды Фараби, Беруни и Авиценны на тепловые процессы 10 минут 32секунд |
| 37 |
Температура. Термометры. Измерение температуры тела 15 минут 53секунд |
| 38 |
Лабораторная работа №5 11 минут 10секунд |
| 39 |
Электризация тел 15 минут 19секунд |
| 40 |
Понятие об электрическом токе. Источники тока 10 минут 51секунд |
| 41 |
Роль электрического тока в быту. Простые электрические цепи. 14 минут 0секунд |
| 42 |
Домашние электрические приборы. Экономия электрической энергии 17 минут 1секунд |
| 43 |
Естественные и искусственные источники света 13 минут 6секунд |
| 44 |
Прямолинейное распространение света. Тень и полутень 11 минут 46секунд |
| 45 |
Решение задач. Часть 1 16 минут 29секунд |
| 46 |
Решение задач. 2 часть 16 минут 3секунд |
| 47 |
Скорость света. Отражение и преломление света 10 минут 49секунд |
| 48 |
Взгляды Беруни и Авиценны на световые явления 11 минут 53секунд |
| 49 |
Плоское зеркало 16 минут 10секунд |
| 50 |
Сведения о линзах 9 минут 34секунд |
| 51 |
Разложение света на состовляющие при помощи стеклянной призмы. Радуга 12 минут 17секунд |
| 52 |
Лабораторная работа. Изучение отражения света с помощью плоского зеркала 13 минут 39секунд |
| 53 |
Лабораторная работа. Изучение разложения света на спектр при помощи стеклянной призмы 16 минут 34секунд |
| 54 |
Решение задач 21 минут 1секунд |
| 55 |
Источники и приемники звука 15 минут 24секунд |
| 56 |
Распространение звука в различных средах 12 минут 15секунд |
| 57 |
Звуковые величины. Сотовый телефон 9 минут 40секунд |
| 58 |
Отражение звука. Эхо 14 минут 44секунд |
| 59 |
Музыкальные звуки и музыкальные инструменты. Звук и здоровье. Влияние шума на здоровье человека 9 минут 50секунд |
| 60 |
Повторение пройденного материала. Решение задач 1-часть 13 минут 35секунд |
| 61 |
Повторение пройденного материала. Решение задач 2-часть 13 минут 39секунд |
| 62 |
Повторение пройденного материала. Решение задач 3-часть 13 минут 39секунд |
Междисциплинарные области
К междисциплинарным областям, которые частично определяют собственные науки, относятся, например, то
- агрофизика это отрасль науки, граничащая с агрономией и физикой
- астрофизика, физика Вселенной, включая свойства и взаимодействия небесных тел в астрономия.
- биофизика, изучая физические взаимодействия биологических процессов.
- химическая физика, наука о физических отношениях в химия.
- вычислительная физика, применение компьютеры и численные методы к физическим системам.
- эконофизика, занимаясь физическими процессами и их отношениями в науке о экономия.
- физика окружающей среды, раздел физики, связанный с измерением и анализом взаимодействий между организмами и окружающей их средой.
- инженерная физика, комбинированная физико-техническая дисциплина.
- геофизика, науки о физических отношениях на нашей планете.
- математическая физика, математика, относящаяся к физическим проблемам.
- медицинская физика, применение физики в медицине для профилактики, диагностики и лечения.
- физическая химия, занимаясь физическими процессами и их отношениями в науке о физическая химия.
- физическая океанография, это изучение физических условий и физических процессов в океане, особенно движения и физических свойств океанических вод.
- психофизика, наука о физических отношениях в психологии
- квантовые вычисления, исследование квантово-механических вычислительных систем.
- социофизика или социальная физика, это область науки, которая использует математические инструменты, вдохновленные физикой, для понимания поведения человеческих масс.
Слайд 45ядро атома состоит из протонов и нейтронов (нуклонов)между нуклонами действуют ядерные
силы: силы притяжения, короткодействующие силырадиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частицтри типа радиоактивного излучения: α-излучение: отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью, представляет собой поток атомов гелия Не. β-излучение: отклоняется электрическим и магнитным полями, его ионизирующая способность значительно меньше, а проникающая способность гораздо больше, чем у α-частиц, представляет собой поток электронов.3. γ-излучение : не отклоняется электрическим и магнитным полями,обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью, представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с очень маленькой длиной волны – поток фотонов, скорость распространения равна скорости света.
Резюме
В таблице ниже перечислены основные теории и многие используемые ими концепции.
| Теория | Основные подтемы | Концепции |
|---|---|---|
| Классическая механика | Законы движения Ньютона, Лагранжева механика, Гамильтонова механика, кинематика, статика, динамика, теория хаоса, акустика, динамика жидкостей, механика сплошной среды | Плотность, измерение, сила тяжести, Космос, время, движение, длина, позиция, скорость, ускорение, Галилеевская инвариантность, масса, импульс, импульс, сила, энергия, угловая скорость, угловой момент, момент инерции, крутящий момент, закон сохранения, гармонический осциллятор, волна, работай, мощность, Лагранжиан, Гамильтониан, Углы Тейта – Брайана, Углы Эйлера, пневматический, гидравлический |
| Электромагнетизм | Электростатика, электродинамика, электричество, магнетизм, магнитостатика, Уравнения Максвелла, оптика | Емкость, электрический заряд, Текущий, электрическая проводимость, электрическое поле, электрическая проницаемость, электрический потенциал, электрическое сопротивление, электромагнитное поле, электромагнитная индукция, электромагнитное излучение, Гауссова поверхность, магнитное поле, магнитный поток, магнитный монополь, магнитная проницаемость |
| Термодинамика и статистическая механика | Тепловой двигатель, кинетическая теория | Постоянная Больцмана, сопряженные переменные, энтальпия, энтропия, уравнение состояния, теорема о равнораспределении, термодинамическая свободная энергия, высокая температура, закон идеального газа, внутренняя энергия, законы термодинамики, Максвелл отношения, необратимый процесс, Модель Изинга, механическое воздействие, функция распределения, давление, обратимый процесс, самопроизвольный процесс, государственная функция, статистический ансамбль, температура, термодинамическое равновесие, термодинамический потенциал, термодинамические процессы, термодинамическое состояние, термодинамическая система, вязкость, объем, работай, гранулированный материал |
| Квантовая механика | Формулировка интеграла по путям, теория рассеяния, Уравнение Шредингера, квантовая теория поля, квантовая статистическая механика | Адиабатическое приближение, излучение черного тела, принцип соответствия, свободная частица, Гамильтониан, Гильбертово пространство, идентичные частицы, матричная механика, Постоянная Планка, эффект наблюдателя, операторы, кванты, квантование, квантовая запутанность, квантовый гармонический осциллятор, квантовое число, квантовое туннелирование, Кот Шредингера, Уравнение Дирака, вращение, волновая функция, волновая механика, дуальность волна-частица, энергия нулевой точки, Принцип исключения Паули, Принцип неопределенности Гейзенберга |
| Относительность | Специальная теория относительности, общая теория относительности, Уравнения поля Эйнштейна | Ковариация, Многообразие Эйнштейна, принцип эквивалентности, четырехимпульсный, четырехвекторный, общий принцип относительности, геодезическое движение, сила тяжести, гравитоэлектромагнетизм, инерциальная система отсчета, инвариантность, сокращение длины, Лоренцево многообразие, Преобразование Лоренца, эквивалентность массы и энергии, метрика, Диаграмма Минковского, Пространство Минковского, принцип относительности, подходящая длина, подходящее время, система отсчета, энергия отдыха, масса покоя, относительность одновременности, пространство-время, специальный принцип относительности, скорость света, тензор энергии-импульса, замедление времени, парадокс близнецов, мировая линия |
Чем же тогда занимается современная физика?
Из-за технологических и интеллектуальных ограничений того периода, классической физике не хватает глубины объяснения, что может быть обеспечено только с помощью современных теорий, таких как квантовая механика, и/или с использованием теории относительности Эйнштейна — в отличие от теории относительности Галилея.
Суть современной физики заключается в работе с “крайностями”: либо с очень маленькими частицами, либо с очень большими аспектами или свойствами материи, бОльшими расстояниями или высокими скоростями.
А вот чем-то “средним” между этими крайностями и занимается классическая физика.
Более подходящим способом описать это можно, рассмотрев свойства газа. Исследования, проводимые при 0º по Цельсию, могут быть предметом классического исследования, но тот же самый газ при абсолютном нуле – -273,15º по Цельсию уже будет интересен тем, кто занимается современными физическими исследованиями.
Абсолютный ноль представляет собой полное отсутствие тепла; это нижний предел термодинамической шкалы температур.
Если вы студент бакалавриата, специализирующийся на физике, вы вряд ли сможете назвать себя классическим или современным физиком. Это объясняется тем, что современная физика сильно зависит от классических теорий.
В отличие от музыки, где можно специализироваться только на игре на классическом фортепиано или современном джазовом фортепиано, в такой дисциплине как физика нет необходимости выбирать между классическим и современным направлениями.
Однако, как начинающий физик, вы можете выбрать конкретную область физики, на которой вы сможете сконцентрироваться для более глубокого изучения. В следующей главе мы затронем эту тему более подробно.
Начиная свой путь в области физики, вдохновитесь физиками-первопроходцами и их открытиями в нашей статье!
Научный метод
Физика — естественная наука. В её основе лежит экспериментальное исследование явлений природы, а её задача — формулировка законов, которыми объясняются эти явления. Физика сосредоточена на изучении фундаментальных и простейших явлений и на ответах на простые вопросы: из чего состоит материя, каким образом частицы материи взаимодействуют между собой, по каким правилам и законам осуществляется движение частиц и т. д.
В основе физических исследований лежат наблюдения. Обобщение наблюдений позволяет физикам формулировать гипотезы о совместных общих чертах этих явлений, по которым велись наблюдения. Гипотезы проверяются с помощью продуманного эксперимента, в котором явление (феномен) проявлялось бы в как можно более чистом виде и не осложнялось бы другими явлениями (феноменами). Анализ данных совокупности экспериментов позволяет выявить и сформулировать закономерность. На первых этапах исследований закономерности носят преимущественно эмпирический, феноменологический характер, — то есть явление описывается количественно с помощью определённых параметров, характерных для исследуемых тел и веществ. Анализируя закономерности и параметры, физики строят физические теории, которые позволяют объяснить изучаемые явления на основе представлений о строении тел и веществ и взаимодействие между их составными частями. Физические теории, в свою очередь, создают предпосылки для постановки точных экспериментов, в ходе которых в основном определяются как рамки их применимости. Общие физические теории позволяют формулировать физические законы, которые считаются общими истинами, пока накопления новых экспериментальных результатов не потребует их уточнения или пересмотра.
Так, например, Стивен Грей заметил, что электричество можно передавать на довольно значительное расстояние с помощью увлажнённых нитей и начал исследовать это явление. Георг Ом сумел выявить для него количественную закономерность, — ток в проводнике прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению проводника току. Эта закономерность известна как закон Ома. При этом, конечно, эксперименты Ома опирались на новые источники питания и на новые способы измерять действие электрического тока, что позволило количественно охарактеризовать его. Результаты дальнейших исследований позволили абстрагироваться от формы и длины проводников тока и ввести такие феноменологические характеристики, как удельное сопротивление проводника и внутреннее сопротивление источника питания. Закон Ома и поныне основа электротехники, однако исследования также выявили и рамки его применимости, — открыты элементы электрической цепи с нелинейными вольт-амперными характеристиками, а также вещества, в определенных ситуациях не имеющие никакого электрического сопротивления — сверхпроводники. После открытия заряженных микрочастиц — электронов (позже протонов и других), была сформулирована микроскопическая теория электропроводности, объясняющая зависимости сопротивления от температуры посредством рассеяния электронов на колебаниях кристаллической решетки, примесях и т. д.
Вместе с тем было бы неправильным считать, что только эмпирический подход определяет развитие физики. Многие важные открытия были совершены «на кончике пера», или экспериментальной проверкой теоретических гипотез. Например, принцип наименьшего действия Пьер Луи де Мопертюи сформулировал в 1744 году на основе общих соображений, и справедливость его невозможно установить экспериментальным путём в силу всеобщности принципа. В настоящее время классическая и квантовая механика, теория поля основаны на принципе наименьшего действия. В 1899 году Макс Планк ввёл понятия кванта электромагнитного поля, кванта действия, что также не было следствием наблюдений и экспериментов, а чисто теоретической гипотезой. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал работу по специальной теории относительности, построенную дедуктивным путём из самых общих физических и геометрических соображений. Анри Пуанкаре — математик — прекрасно разбиравшийся в научных методах физики, писал, что ни феноменологический, ни умозрительный подход по отдельности не описывают и не могут описывать физическую науку .
Слайд 38ТЕРМОДИНАМИКАПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней
энергии и на совершение ею работы против внешних силА = рΔVПри изотермическом процессе, изменения температуры газа не происходит, следовательно, не происходит и изменения внутренней энергии. В процессе изотермического расширения количество теплоты, которую получает газ, превращается в работу над внешними объектами.Q=АПри изобарном расширении, тепло газом поглощается, и он совершает работу положительную. При изобарном сжатии, температура газа уменьшается, тепло отдается внешним объектам, внутренняя энергия при этом убывает Q= ΔU + АПри изохорном процессе газ работу не совершает. Значит Q=ΔU (тепло будет поглощаться газом и будет увеличиваться его внутренняя энергия).
